外骨骼落地，拼的不是更強(qiáng)而是更順手。

作者丨鄭佳美

編輯丨馬曉寧

2026 年 6 月 2 日下午，在 ICRA 2026 醫(yī)療機(jī)器人主題 keynote 環(huán)節(jié)，新加坡國立大學(xué)（NUS）Haoyong Yu 發(fā)表演講，回顧了其團(tuán)隊(duì)過去 10 年在可穿戴機(jī)器人與外骨骼方向的研究。

與許多強(qiáng)調(diào) " 機(jī)器人能力堆疊 " 的路線不同，他的核心問題更直接：外骨骼的需求明明巨大，為什么仍然沒有被廣泛使用？

他的回答并不是 " 市場(chǎng)還沒準(zhǔn)備好 "，而是要求機(jī)器人研究者反過來審視自身：現(xiàn)有外骨骼往往太重、不夠舒適、穿戴復(fù)雜、控制困難且成本高。雷峰網(wǎng)

真正走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的可穿戴機(jī)器人，必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、感知與控制三個(gè)層面同時(shí)降復(fù)雜度。

在背部支撐、肩部支撐和髖部行走輔助三個(gè)案例中，Haoyong Yu 反復(fù)強(qiáng)調(diào)一種工程取舍：能用一個(gè)電機(jī)解決的問題，就不要用兩個(gè)電機(jī)制造同步控制難題；能用足夠簡單、魯棒的傳感方式完成任務(wù)識(shí)別，就不必把系統(tǒng)做成難以穿戴和維護(hù)的復(fù)雜傳感陣列。

因此，這場(chǎng)演講的核心洞察是：可穿戴機(jī)器人真正的難點(diǎn)，不只是 " 給人更多力 "，而是讓輔助力在正確的時(shí)間、正確的身體部位、以不妨礙人的方式出現(xiàn)。外骨骼若想成為日常工具，必須先變得像衣物一樣輕便、像機(jī)械傳動(dòng)一樣可靠、像人的動(dòng)作意圖一樣自然。

演講中的幾個(gè)關(guān)鍵判斷可以概括為：

需求側(cè)已經(jīng)足夠明確：老齡化勞動(dòng)力、工傷防護(hù)、建筑與物流行業(yè)的肌肉骨骼損傷，以及老年人保持活動(dòng)能力，都在推動(dòng)外骨骼需求增長。

供給側(cè)的瓶頸在于 " 可用性 "：重量、舒適度、穿戴便利性、成本和控制復(fù)雜度，決定了設(shè)備能否真正進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，單電機(jī)加差速機(jī)構(gòu)可以在背部、肩部與髖部輔助中降低重量、成本和雙側(cè)同步控制難度。

感知控制上，F(xiàn)MT 傳感器可以隔著衣服識(shí)別肌肉體積變化、負(fù)載等級(jí)和任務(wù)模式，用低延遲、易穿戴的方式支持自適應(yīng)輔助。

產(chǎn)業(yè)落地上，外骨骼不應(yīng)追求 " 最復(fù)雜的機(jī)器人 "，而應(yīng)追求對(duì)具體任務(wù)足夠有效、足夠簡單、足夠穩(wěn)定的系統(tǒng)。

以下為 NUS 余浩泳教授在 ICRA 2026 大會(huì)上的演講精編。AI 科技評(píng)論根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參會(huì)記錄與原英文演講內(nèi)容，在不改變?cè)獾幕A(chǔ)上進(jìn)行了翻譯與編輯。

01

從老齡化挑戰(zhàn)到可穿戴機(jī)器人需求

我在新加坡國立大學(xué)建立了 Biorobotics Lab，主要關(guān)注老齡化人口帶來的巨大挑戰(zhàn)。過去幾年，我逐漸把更多精力放在面向現(xiàn)有勞動(dòng)者和患者的可穿戴機(jī)器人上。

今天我會(huì)聚焦幾個(gè)工業(yè)應(yīng)用中的外骨骼案例。它們反映了我們?nèi)绾螄L試應(yīng)對(duì)可穿戴機(jī)器人技術(shù)面臨的一些挑戰(zhàn)。大家可以看到，實(shí)際需求非常巨大：我們都在談老齡化勞動(dòng)力、工人保護(hù)；建筑行業(yè)和物流行業(yè)的工人面臨大量肌肉骨骼損傷問題；同時(shí)，很多老年人也仍然希望保持活躍生活，市場(chǎng)上也已經(jīng)有很多現(xiàn)有設(shè)備。

但是，為什么外骨骼還沒有被廣泛使用？

我們認(rèn)為，作為一個(gè)研究共同體，我們也需要反過來看自己，不要只是責(zé)怪市場(chǎng)。我們是不是做得足夠好？很多我們做出來的外骨骼仍然很重，不夠容易使用，穿戴不那么舒適，而且成本很高。

所以，我們?nèi)匀恍枰艘徊?，看看怎樣才能把系統(tǒng)設(shè)計(jì)得更好，包括更好的感知、更好的控制，以及更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。接下來我會(huì)用幾個(gè)設(shè)備作為例子，說明我們?nèi)绾螄L試處理這些問題。我們當(dāng)然不能解決所有挑戰(zhàn)，但至少可以盡力去面對(duì)其中一些關(guān)鍵問題。

我首先從背部支撐外骨骼講起。腰背損傷在工傷中排名第一，造成的經(jīng)濟(jì)損失也非常高。這里展示的是僅美國的數(shù)據(jù)，我認(rèn)為歐洲、中國、日本等地區(qū)也會(huì)面對(duì)同樣的問題。

背部支撐外骨骼的工作原理是什么？基本上，它是把負(fù)載繞過脊柱，把負(fù)載傳遞到腿部，從而減輕腰背負(fù)擔(dān)。

這里有一個(gè)大約 30 年前日本設(shè)備的例子。你可以看到，它非常有力，也很直觀：在兩個(gè)關(guān)節(jié)上放兩個(gè)電機(jī)，就可以提供很強(qiáng)的支撐。但問題在于，它非常重，也很難在工作場(chǎng)景中真正使用，所以并沒有被廣泛看到。

我們最初也開發(fā)過類似有多個(gè)執(zhí)行器的外骨骼，但后來意識(shí)到，結(jié)構(gòu)和控制都會(huì)遇到問題。最后，我們?cè)谶@類設(shè)備上采用了單電機(jī)方案。你可以想象，外骨骼實(shí)際要做的，是為軀干運(yùn)動(dòng)提供輔助，而這個(gè)被輔助的動(dòng)作本質(zhì)上只有一個(gè)自由度。既然如此，為什么一定要用兩個(gè)電機(jī)？

使用兩個(gè)電機(jī)會(huì)增加兩側(cè)同步運(yùn)動(dòng)的難度。人在彎腰、移動(dòng)、走動(dòng)時(shí)，兩側(cè)動(dòng)作并不完全一致，兩個(gè)電機(jī)的控制會(huì)變得更復(fù)雜。作為機(jī)械工程師，我們想到傳統(tǒng)燃油車只有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，但至少可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輪子，有時(shí)甚至驅(qū)動(dòng)四個(gè)輪子。那為什么不把同樣的原理用于外骨骼，用一臺(tái)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)兩側(cè)？

這樣帶來了很大好處：電機(jī)數(shù)量減少，重量和成本下降，控制也更容易，因?yàn)椴恍枰屪笥覂蓚?cè)設(shè)備精確同步。我們還使用了串聯(lián)彈性元件，把內(nèi)在柔順性引入系統(tǒng)，讓設(shè)備更舒適。這個(gè)原型內(nèi)部其實(shí)很簡單：通過線纜，一臺(tái)電機(jī)可以給兩條腿提供相等的力，同時(shí)允許兩側(cè)在速度和角度上自由變化。

通過這種方式，我們得到一個(gè)更輕的系統(tǒng)，兩側(cè)可以獲得相等的力，同時(shí)在運(yùn)動(dòng)頻率上有更好的靈活性。當(dāng)然，我們?nèi)匀恍枰錾锪W(xué)測(cè)試來證明它的效果。實(shí)驗(yàn)顯示，它可以提供約 30% 到 45% 的輔助。設(shè)備的演示也說明，使用單電機(jī)之后，整體動(dòng)作更容易控制。

第二個(gè)設(shè)備關(guān)注的是另一個(gè)高發(fā)傷害部位，也就是肩關(guān)節(jié)。建筑和物流行業(yè)的工人經(jīng)常需要長時(shí)間舉著工具過頭作業(yè)，也有很多反復(fù)抬舉的任務(wù)，這會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)工人帶來很大問題。雷峰網(wǎng)

我們開發(fā)的這個(gè)設(shè)備，基本上采用了類似的工作原理，用來支撐上臂，幫助工人完成過頭作業(yè)。它的原則也很相似：使用一個(gè)電機(jī)，通過同樣大小的力，為兩側(cè)提供不同角度和不同速度下的輔助，從而在手臂運(yùn)動(dòng)上保留更多靈活性。

設(shè)備內(nèi)部基本上是一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)機(jī)構(gòu)，串聯(lián)彈性元件也被集成進(jìn)去，再通過線纜路徑形成差速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)兩側(cè)手臂。

我們希望設(shè)備更輕，也希望它在雙手運(yùn)動(dòng)上有更多自由度。我們沒有停在這里。

髖部外骨骼現(xiàn)在已經(jīng)很常見，尤其是在中國市場(chǎng)。很多人希望用它去爬山、徒步。

當(dāng)我們想把這類設(shè)備用于行走輔助時(shí)，發(fā)現(xiàn)如果使用兩個(gè)電機(jī)，很難很好地同步，也很難實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)協(xié)同。尤其是老年人在不同步態(tài)和地形下行走時(shí)，這個(gè)問題會(huì)更加明顯。

所以我們又為這個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)了一個(gè)差速機(jī)構(gòu)，也盡量保持簡單。通過減少機(jī)械結(jié)構(gòu)，并使用單電機(jī)，可以滿足需求。

我們還發(fā)現(xiàn)，任務(wù)感知和環(huán)境感知是另一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

設(shè)備要真正與人的動(dòng)作同步使用，就必須知道人在做什么。于是我們開發(fā)了 FMT 傳感器，以及相關(guān)的感知機(jī)制，使設(shè)備能夠更好地檢測(cè)任務(wù)，并提供自適應(yīng)控制。

在背部支撐外骨骼中，如果你測(cè)試過這類設(shè)備，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：如果把輔助力調(diào)得很高，而你實(shí)際上并沒有搬重物，你可能會(huì)因?yàn)橥蝗怀霈F(xiàn)的巨大輔助力而遇到危險(xiǎn)。因此，檢測(cè)你正在搬多重的物體非常重要。

肩部支撐外骨骼也是一樣。對(duì)于髖部外骨骼來說，檢測(cè)你是在平地行走、上樓、下樓，還是走在不規(guī)則地形上，也非常重要。否則，你可能不得不依靠開關(guān)，把設(shè)備切換到不同工作模式。

傳統(tǒng)上，你可以使用 EMG 傳感器，也可以使用 IMU，并把多種傳感器組合起來。但 EMG 傳感器需要貼在皮膚上，IMU 往往需要布置在身體多個(gè)節(jié)段上，才能實(shí)現(xiàn)比較好的控制和動(dòng)作分割。

我們的做法是把 FMT 傳感器做成陣列。它可以綁在衣服外面，不需要直接接觸皮膚。我們還在標(biāo)定階段加入了振動(dòng)電機(jī)，并使用簡單的感知算法，實(shí)現(xiàn)了不錯(cuò)的自適應(yīng)控制。

簡單來說，F(xiàn)MT 是一種力敏傳感方式，可以通過肌肉體積變化來感知肌肉運(yùn)動(dòng)。把它做成陣列之后，再配合簡單分類機(jī)制，就可以檢測(cè)工作負(fù)載、工作模式和任務(wù)類別。它不一定像 EMG 那樣精確，但對(duì)于控制外骨骼而言已經(jīng)足夠，而且硬件很容易使用，也很容易穿戴。

當(dāng)然，第一步是做分類，并訓(xùn)練系統(tǒng)，讓它能適用于不同用戶。如果每個(gè)用戶、每個(gè)任務(wù)都要重新做訓(xùn)練和標(biāo)定，這就不夠高效。我們使用一些簡單網(wǎng)絡(luò)來訓(xùn)練分類器。

為什么不是連續(xù)輸出，而是幾個(gè)等級(jí)？因?yàn)闉榱吮３趾唵危⑶易岉憫?yīng)時(shí)間達(dá)到實(shí)時(shí)要求，幾個(gè)等級(jí)就已經(jīng)足夠。最初我們只是想檢測(cè)用戶是否正在搬東西，后來擴(kuò)展到四個(gè)等級(jí)，也已經(jīng)比較有效。我們不需要把它做得過于復(fù)雜。

這里是它和現(xiàn)有方法的一些比較。它的準(zhǔn)確率更高，延遲也小得多，這對(duì)實(shí)時(shí)通信非常重要。這里展示的是一個(gè)非常簡單的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，用來判斷用戶是否在搬 5 kg、10 kg 或者其他重量。這個(gè)系統(tǒng)目前仍處在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段。

現(xiàn)在，整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)被優(yōu)化并集成到這樣一個(gè)設(shè)備中。這個(gè)外骨骼有兩個(gè)主要部分：一部分是軀干部分，像夾克一樣穿在身上；另一部分是腿部結(jié)構(gòu)，連接在大腿位置。這兩個(gè)部分會(huì)在你彎腰抬起物體時(shí)一起工作。

你們現(xiàn)在看到的是綁在手臂上的傳感帶，它會(huì)使用 FMT 傳感器感知你拿了多重的東西。如果你手里拿的是很重的物體，外骨骼就會(huì)檢測(cè)到這一點(diǎn)，并按負(fù)載比例增加輔助。如果你沒有拿很多重量，它就會(huì)減少輔助，避免妨礙你的動(dòng)作。

對(duì)于這個(gè)應(yīng)用，你只需要一個(gè)傳感器。所以當(dāng)你穿上外骨骼之后，只需要打開它，等待標(biāo)定，設(shè)備就會(huì)初始化。

我們的外骨骼很容易穿戴，并使用智能算法來調(diào)節(jié)輔助。因?yàn)闀r(shí)間有限，我不會(huì)展開所有細(xì)節(jié)。對(duì)于肩部應(yīng)用，我們也可以使用這種傳感帶，做任務(wù)識(shí)別和自適應(yīng)控制。下面我再花幾分鐘講行走輔助，也就是髖部外骨骼。如我剛才提到的，在不同地形和不同速度下行走，是非常有挑戰(zhàn)的。

我們意識(shí)到，對(duì)于這類應(yīng)用，你只需要為擺動(dòng)腿提供輔助力；對(duì)另一條腿，則可以提供一定支撐或者保持在后方。因此真正需要檢測(cè)的是：哪條腿正在擺動(dòng)。

這就是我們把傳感帶集成到單電機(jī)髖部外骨骼中的方式。我們做了一些分類與控制，可以實(shí)現(xiàn)一定程度的地形適應(yīng)。這里可以看到信號(hào)從平地行走開始，再到其他地形；系統(tǒng)不需要手動(dòng)切換模式，就能檢測(cè)任務(wù)并自適應(yīng)地提供輔助力。

我的夢(mèng)想是，即使以后退休，我仍然可以和年輕學(xué)生一起競爭、一起走到任何我想去的地方。最后，我要感謝資助機(jī)構(gòu)多年來的慷慨支持，也感謝我的團(tuán)隊(duì)在過去至少 10 年里和我一起完成這些有趣的工作。謝謝大家。

02

Q&A 問答環(huán)節(jié)

聽眾提問：謝謝您的演講。EMG 通常被用于評(píng)估可穿戴機(jī)器人，但我使用時(shí)發(fā)現(xiàn)它噪聲很大，也很難復(fù)現(xiàn)。有沒有其他方法來評(píng)估可穿戴機(jī)器人？

余浩泳：在另一條線上，我們會(huì)用 EMG 作為測(cè)量，用來證明肌肉激活或肌肉剛度變化的效果。但在實(shí)時(shí)控制中，我們使用的是 FMT 傳感器。它沒有那么精確，但好處是可以放在衣服上，不需要直接貼在皮膚上。

聽眾提問：那您的指標(biāo)是否仍然依賴 EMG？

余浩泳：是的。在實(shí)驗(yàn)室評(píng)估中，我們使用商用醫(yī)用級(jí) EMG 傳感器，可以得到很好的測(cè)量結(jié)果。這也是評(píng)估這類設(shè)備時(shí)比較常用的方法。

聽眾提問：我想問任務(wù)意圖檢測(cè)的問題，這對(duì)可穿戴設(shè)備非常重要。您的方法是使用傳感器檢測(cè)任務(wù)。如果尋找其他替代方式，比如利用可穿戴設(shè)備內(nèi)部的執(zhí)行器或其他信息，您怎么看？

余浩泳：執(zhí)行器或者內(nèi)部傳感器不一定能夠檢測(cè)負(fù)載。檢測(cè)用戶到底背了多重、拿了多重，有很多方式。有人會(huì)把傳感器放在抓握位置，我們也嘗試過 EMG，也嘗試過視覺。所以方法很多。但到目前為止，在我們實(shí)驗(yàn)室里，F(xiàn)MT 是我們發(fā)現(xiàn)的非常魯棒、也很容易使用的方法。

聽眾提問：進(jìn)一步的問題是：如果系統(tǒng)已經(jīng)適應(yīng)并知道了任務(wù)，下一步系統(tǒng)如何響應(yīng)任務(wù)？是改變控制器，還是采取其他方式？

余浩泳：大多數(shù)時(shí)候，你只需要提供不同等級(jí)的輔助。但對(duì)于行走來說，平地行走、上樓、下樓需要不同的控制器。因此在內(nèi)部，一旦你對(duì)任務(wù)有足夠好的感知和置信度，系統(tǒng)當(dāng)然可以在沒有外部干預(yù)、也不需要按按鈕的情況下進(jìn)行切換。

03

去哪看 ICRA 核心

【演講 / 論文】詳解？

為了讓國內(nèi)的研發(fā)者、創(chuàng)業(yè)者與投資人能夠毫無時(shí)差地掌握本屆 ICRA 2026 的完整干貨，雷峰網(wǎng)已全面上線【ICRA 2026 深度專區(qū)】。

專區(qū)不僅全面收錄了重磅論文的工程化解讀、專家前沿演講，更將持續(xù)更新前方記者的第一手會(huì)議動(dòng)態(tài)。

掃描下方二維碼，或點(diǎn)擊「閱讀原文」關(guān)注專區(qū)。

與全球 8000 名頂尖大腦同步呼吸，搶先透視具身智能的下一個(gè)五年！